Visualización directa de la distribución espacial de grupos funcionales en óxido de grafeno

M.S. MORENO; N. MONGE; G.M. MORALES; C. BOOTHROYD; R.E. DUNIN-BORKOWSKI

Buenos Aires

Congreso; 2do Congreso Argentino de Microscopía; 2012

SAMIC

La síntesis de grafeno y óxido de grafeno (GO) ha generado un extraordinario interés debido a sus novedosas, múltiples y diferentes propiedades que cada uno presenta. Sin embargo, la baja procesabilidad del grafeno y dificultad para sintetizarlo en grandes cantidades son algunos de los problemas tecnológicos a resolver. Por otra parte, el grafeno es un material metálico y para algunas aplicaciones es necesario abrir un band gap y en lo posible controlarlo. Estos problemas se pueden resolver utilizando GO, el cual es dispersable en agua, se puede obtener más fácilmente y cuya forma reducida (RGO) tiene un band gap no nulo [1]. La estructura química del GO es aún objeto de controversias e investigación, y dependiente del método de síntesis [1,2], posiblemente por la falta de visualización de los grupos funcionales. En general se acepta que contiene grupos carboxílicos, cetonas, quinonas, epóxidos, lactonas y oxidrilos en distinta proporción. La falta de información no solo se limita al tipo de grupos funcionales presentes, sino que tampoco se conoce con precisión como están distribuidos espacialmente en el material. La funcionalización química permite controlar la solubilidad, band gap y propiedades mecánicas. Por ello la información acerca del tipo de grupos funcionales y su distribución en GO es uno de los tópicos de mayor interés en el área[3].En esta presentación se comunican distintas rutas de síntesis y modificación (funcionalización) sucesiva de óxido de grafeno, así como los resultados preliminares de la caracterización estructural y electrónica de los mismos por medio de EELS y microscopía electrónica de transmisión filtrada en energía con resolución atómica.El GO se sintetizó mediante el método de Hummers y Offeman [4]. Con el fin de eliminar restos de iones metálicos que pudiesen quedar del proceso de síntesis, el producto se trató con una solución acuosa de ácido etilendiaminotetraacético (EDTA) en medio básico y luego se lo purificó por diálisis contra agua ultra-pura. Finalmente a una porción de este producto se lo sometió a una diálisis contra HCl. Con el fin de determinar la localización y tipo de grupos oxigenados sobre la superficie del GO se sintetizaron distintos GO ?dopados? con iones metálicos (Hg y Ba). Los experimentos de microscopía se realizaron usando un haz de electrones de 80 keV en un microscopio FEI Titan3 G2 60-300 PICO. Este es un microscopio de la cuarta generación de FEG-TEM, que contiene un monocromador y correctores de aberración esférica y cromática.En la figura 1 se presentan los espectros de EELS de las diferentes muestras de GO. Puede notarse que el contenido de Ca puede variarse en función de la ruta de síntesis.Mediante STEM-HAADF observamos que el Hg se encuentra en forma de nanopartículas, mientras que el Ba está distribuido de manera más uniforme, presumiblemente a escala atómica.Nuestro estudio mostró que a 80 kV existe daño por irradiación, como se aprecia en la Figura 2a. No obstante es posible minimizar el daño y adquirir un mapa elemental del Ba como se muestra en la Fig.2c. La imagen de la Fig.2b y el espectro de EELS de la Fig.2 se adquirieron luego del mapa del Ba. Tanto en las imágenes como en el mapa del Ba se aprecian variaciones locales en la intensidad en la misma escala espacial. Estos resultados nos permiten suponer que efectivamente estamos observando la distribución espacial de los grupos funcionales en el GO.